[發明專利]一種基于飛思卡爾單片機的直流電機恒速控制系統

在審

• 申請號: 201310616096.X
• 申請日: 2013-11-27
• 公開（公告）號: CN104682790A
• 公開（公告）日: 2015-06-03
• 發明（設計）人: 李冠一;王濱
• 申請（專利權）人: 哈爾濱功成科技創業投資有限公司
• 主分類號: H02P7/06
• 分類號: H02P7/06
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本發明涉及的是一種嵌入式電機控制系統，特別涉及一種利用單片機進行直流電機的恒速控制系統。

背景技術

電動機作為動力設備，已廣泛應用于機械行業的工作母機，大至冶金企業使用的高達上萬千瓦的電動機，小到小功率電動機、乃至幾瓦的微電動機。在各類動力機械中，電動機的容量已經超過總容量的60%。在電力工業中，發電機是生產電能的主要設備；在機械、冶金、紡織、煤炭、石油、化工、交通運輸和家用電器等行業中，電動機是各種生產機械的主要動力設備；在國防和民用的各種自動控制系統中，控制電機是重要的不可缺少的元件。因此，電機在國民經濟的各個領域中起著極其重要的作用。

電動機根據其使用交流電或者是直流電的不同，可以分為直流電機和交流電機兩大類。由于交流電在遠距離輸送過程中較直流電明顯的優勢，在工農業生產和人們日常生活中多使用交流電，致使交流電機的數量較直流電機要多得多，其中大部分電量也是通過交流電動機加以利用的。但直流電機憑借其優良的起制動特性，靜態特性線性，調速范圍大且平滑，精度高等特點，在國民經濟中仍占有重要的地位。對直流電動機的控制方法進行研究，對于控制精度提高，響應速度的加快以及節約能源等都有巨大的顯示意義。

發明內容

本發明的目的是為了提供一種針對直流電機的嵌入式控制系統和測量方法，以提高電機的控制精度和響應速度。

本發明的目的是這樣實現的：

一種基于飛思卡爾單片機的直流電機恒速控制系統，其組成包括主控芯片、反饋元件、直流力矩電動機、直流測速發電機、信號調理電路，其中主控芯片通過對設定轉速與實際轉速做比較，經PID算法后，由主控芯片的PWM發生器模塊，發出PWM波對直流電機進行控制，完成直流電機的恒速控制。

所述的一種基于飛思卡爾單片機的直流電機恒速控制系統，其特征在于直流電機恒速控制系統軟件部分主要由下位機部分和上位機部分組成。

所述的一種基于飛思卡爾單片機的直流電機恒速控制系統，其特征在于直流電機恒速控制系統中，閉環部分主要使用了PID增量式算法。

Δu(k)=u(k)-u(k-1)

=K_P[e(k)-e(k-1)]+K_Ie(k)+K_D[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]

式中，K_P稱為比例增益；稱為積分系數；K_D=K_PT_D/T稱為微分系數。

對直流力矩電動機進行建模，將其視為一階慣性環節，通過階躍響應法容易得到其傳遞函數為

G(s)=8220.23s+1]]>

本發明的直流電機恒速控制系統采用了飛思卡爾半導體公司生產的MC9S12XS128作為主控芯片，由直流測速發電機作為反饋元件，直流力矩電動機通過皮帶帶動直流測速發電機轉動，直流測速發電機產生與轉速成線性比例的電動勢，經信號調理電路供單片機采集，主控芯片通過對設定轉速與實際轉速做比較，經PID算法后，由主控芯片的PWM發生器模塊，發出PWM波對直流電機進行控制，完成直流電機的恒速控制，同時將設定轉速和實際轉速送往數碼管進行實時顯示。

直流電機恒速控制系統軟件部分主要由下位機部分和上位機部分組成。下位機部分主要包括控制系統初始化（包括時鐘初始化，I/O口初始化，PWM模塊初始化，A/D模塊初始化以及顯示模塊初始化等）和直流電機的PID控制等。上位機部分通過USB串口與下位機通信，主要負責顯示當前速度曲線，對PID參數進行調整，保存和導出數據。直流電機恒速控制系統的初始化部分完成上電后的初始化，包括時鐘初始化，I/O口初始化，PWM模塊的初始化，A/D模塊的初始化以及數碼顯示模塊初始化等。為了在初始化過程中防止意外中斷的到來，在初始化開始時，先關閉所有的中斷，等初始化完成后，再開中斷。

在直流電機恒速控制系統中，閉環部分主要使用了PID增量式算法，PID增量式算法的基本公式如下

Du(k)=u(k)-u(k-1)